17 feb. 1999
3 minuten
Imec, KU Leuven en PragmatIC Semiconductor hebben een snelle, plooibare en energiezuinige 8-bit microprocessor gemaakt. In de toekomst zullen flexibele microprocessoren toelaten om rekenkracht te geven aan tal van toepassingen binnen het Internet-of-Things, zoals aan sensoren in huis of aan productverpakkingen.
De microprocessor integreert 16.000 dunnefilm-transistoren op een chip van 24,9 mm2 en kan complexe code uitvoeren. Om de werking te demonstreren, lieten de onderzoekers het iconische spelletje Snake draaien op de microprocessor.
De ontwikkeling van flexibele elektronica is de laatste jaren in een stroomversnelling geraakt. Je vindt de flexibele circuits vandaag al terug als RFID-tag in allerlei productverpakkingen, ze verbinden papieren speelkaarten met de cloud, doen ze dienst als slimme pleister en drijven ze dunne beeldschermen aan.
Kloppend hart van deze technologie zijn dunnefilm-transistoren – gemaakt uit bijvoorbeeld metaaloxides – aangebracht in dunne laagjes op een plastiek folie. De rekenkracht kan lang niet tippen aan de klassieke silicium-transistoren. Ze gaan deze dan ook niet vervangen, maar kunnen wel andere toepassingen mogelijk te maken. De elektronica is flinterdun en flexibel, waardoor de circuits haast onzichtbaar in allerlei objecten kunnen worden geïntegreerd. Ze zijn bovendien een pak goedkoper: chips van één eurocent worden stilaan realiteit.
Maar om nog meer rekenkracht te kunnen geven aan alledaagse objecten, ontbreekt nog één belangrijk element: de flexibele rekenchip of microprocessor die complexe berekeningen kan uitvoeren. In voedingsverpakkingen of drankkartons zou zo’n flexibele microprocessor in combinatie met een versheidssensor dynamisch kunnen berekenen hoelang het product nog vers blijft. Hij zou ook allerlei sensoren in en rond het huis (camera, temperatuursensor, CO2-sensor) intelligent met elkaar kunnen verbinden en aansturen. Een snelle rekenchip in een wearable zou snel variërende data (als hartslag en spierbewegingen) beter kunnen verwerken. Kortom, een flexibele, goedkope rekenchip zou meer rekenkracht en connectiviteit kunnen geven aan het Internet of Things (IoT).
Kris Myny, Principal Scientist bij imec: "Toen we een tiental jaar geleden begonnen met de ontwikkeling van plooibare microprocessoren waren die qua eigenschappen en complexiteit vergelijkbaar met de siliciumchips uit de jaren 1970. Om ze bruikbaar te maken voor IoT-toepassingen, moesten ze een pak sneller en kleiner worden. Ook hun energieverbruik moest naar beneden, aangezien heel wat IoT-toepassingen gedurende maanden of langer op een kleine batterij moeten kunnen werken. Dat bracht heel wat uitdagingen mee op het gebied van chipontwerp."
Een ander struikelblok was de fabricage. Microprocessoren op basis van silicium worden op grote schaal gemaakt met betrouwbare, robuuste productieprocessen. De fabricage van flexibele elektronische circuits speelde zich tot voor kort enkel af in het lab.
Myny: "In onze flexibele microprocessor hebben we, mede dankzij de FlexLogIC Fab service van onze partner PragmatIC, 16.000 dunnefilm-transistoren geïntegreerd op een oppervlakte kleiner dan een vingernagel. Dat aantal is uiteraard niet vergelijkbaar met de miljarden transistors die vandaag in de krachtigste siliciumchips zitten. Maar de microprocessor is wel al in staat om voldoende rekenkracht te geven aan sensoren en actuatoren voor het IoT. Voor de eerste keer tonen we ook aan dat onze flexibele microprocessor reële complexe code correct kan uitvoeren: we zijn erin geslaagd om er het populaire Snake spel op te laten draaien. Deze realisatie is een mooi afsluitstuk van de startersbeurs die ik in 2016 van de Europese Onderzoeksraad (ERC) kreeg om een dergelijke doorbraak in dunnefilm-technologie mogelijk te maken."
Anderen lazen ook
